JP2004323471A - Method for producing 3-alkoxymethyloxetane compound - Google Patents

Abstract

An industrially advantageous 3-alkoxymethyl compound capable of stably producing a 3-alkoxymethyloxetane compound from a 3-hydroxymethyloxetane compound and a dialkyl sulfate at a high selectivity and a high yield. It is an object to provide a method for producing an oxetane compound.
The object of the present invention is to react a 3-hydroxymethyloxetane compound with a dialkyl sulfate in the presence of a basic hydroxide aqueous solution having a hydroxyl group concentration of 5 to 16.5 normal. The problem is solved by a method for producing an alkoxymethyloxetane compound.
[Selection diagram] None

Description

【０００８】
【化２】

【０００９】
【化３】

【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる３−ヒドロキシメチルオキセタン化合物は前記一般式（１）で表されるが、式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５は反応に関与しない基であり、互いに同一であっても異なっていてもよい。具体的には、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基などが挙げられる。また、Ｒ^１とＲ^２、Ｒ^１とＲ^３、Ｒ^１とＲ^４、Ｒ^１とＲ^５、Ｒ^２とＲ^４、Ｒ^２とＲ^４、Ｒ^３とＲ^４、或いは、Ｒ^３とＲ^５は互いに結合して環を形成していてもよい。更に、Ｒ^１とＲ^２及びＲ^３とＲ^４は同時に環を形成していてもよく、Ｒ^２とＲ^３又はＲ^４とＲ^５はカルボニル基を形成していてもよい。
【００１１】
前記アルキル基としては、炭素数１〜１２（特に１〜６）のアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基などが挙げられる。これらアルキル基は各種異性体を含む。
【００１２】
前記シクロアルキル基としては、炭素数３〜６（特に４〜６）のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。これらシクロアルキル基は各種異性体を含む。
【００１３】
前記アラルキル基としては、炭素数７〜１６（特に７〜１０；いずれも更なる置換基の炭素数を含む）のアラルキル基が好ましく、例えば、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、フェニルブチル基などが挙げられる。これらアラルキル基は各種異性体を含む。
【００１４】
前記アリール基としては、炭素数６〜２０（特に６〜１０；いずれも更なる置換基の炭素数を含む）のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、トリル基、ナフチル基、アントラニル基などが挙げられる。これらアリール基は各種異性体を含む。
【００１５】
前記アルコキシ基としては、炭素数１〜１２（特に１〜６）のアルコキシ基が好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ベンジルオキシ基などが挙げられる。これらアルコキシ基は各種異性体を含む。
【００１６】
前記アリールオキシ基としては、炭素数６〜２０（特に６〜１４；いずれも更なる置換基の炭素数を含む）のアリールオキシ基が好ましく、例えば、フェノキシ基、トリルオキシ基、ナフチルオキシ基などが挙げられる。これらアリールオキシ基は各種異性体を含む。
【００１７】
前記アシル基としては、炭素数１〜７（特に１〜４）のアシル基が好ましく、例えば、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、バレリル基、ベンゾイル基などが挙げられる。これらアシル基は各種異性体を含む。
【００１８】
なお、Ｒ^１〜Ｒ^５（アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、又はアシル基）やこれらから形成される環は、反応に関与しない置換基を更に有していてもよく、二重結合やヘテロ原子（酸素原子、窒素原子等）を含有していてもよい。更なる置換基としては、アルキル基（メチル基、エチル基、プロピル基等）、アルコキシ基（メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等）、アリール基（フェニル基、トリル基等）、アシル基（アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基等）、ハロゲン原子（フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子）、ニトロ基、シアノ基などが挙げられる。これら置換基は各種異性体を含む。
【００１９】
３−ヒドロキシメチルオキセタン化合物としては、例えば、３−アルキル−３−ヒドロキシメチルオキセタン（３−メチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン、３−エチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン等）や、３−シクロアルキル−３−ヒドロキシメチルオキセタン（３−シクロブチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン、３−シクロヘキシル−３−ヒドロキシメチルオキセタン等）や、３−アリール−３−ヒドロキシメチルオキセタン（３−フェニル−３−ヒドロキシメチルオキセタン等）や、
【００２０】
３−アルコキシメチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン（３−エトキシメチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン、３−ブトキシメチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン等）や、３−ハロアルキル−３−ヒドロキシメチルオキセタン（３−フルオロメチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン、３−クロロメチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン等）や、３−ヒドロキシメチルー３−オキセタンアルキルニトリル（３−ヒドロキシメチル−３−オキセタンアセトニトリル等）や、
【００２１】
３−アリールオキシ−３−ヒドロキシメチルオキセタン（３−［（ｐ−クロロフェノキシ）メチル］−３−ヒドロキシメチルオキセタン、３−［（ｐ−トリルオキシ）メチル］−３−ヒドロキシメチルオキセタン等）や、３−アルキル−３−ヒドロキシメチル−２−オキセタノン（３−メチル−３−ヒドロキシメチル−２−オキセタノン等）などが具体的に挙げられる。
【００２２】
３−ヒドロキシメチルオキセタン化合物の中では、３−アルキル−３−ヒドロキシメチルオキセタンが好ましく、その中でも３−メチル−３−ヒドロキシメチルオキセタンや３−エチル−３−ヒドロキシメチルオキセタンが特に好ましい。
【００２３】
本発明で用いる硫酸ジアルキルは前記一般式（２）で表されるが、式中、Ｒ^６は炭素数１〜１０（好ましくは１〜６）のアルキル基である。このアルキル基は各種異性体を含む。硫酸ジアルキルとして、具体的には、硫酸ジメチル、硫酸ジエチル、硫酸ジプロピル（及びその異性体）、硫酸ジブチル（及びその異性体）等が挙げられるが、その中でも硫酸ジメチルが特に好ましい。
【００２４】
硫酸ジアルキルの使用量は、３−ヒドロキシメチルオキセタン化合物に対して少なくとも等モル、更には１〜１０倍モル、特に１〜５倍モルであることが好ましい。硫酸ジアルキルの使用量が３−ヒドロキシメチルオキセタン化合物に対して等モル未満では、３−ヒドロキシメチルオキセタン化合物の転化率が充分ではなく、前記一般式（３）で表される３−アルコキシメチルオキセタン化合物の収率が低下する。
【００２５】
本発明で用いる塩基性水酸化物水溶液としては、アルカリ金属水酸化物の水溶液やアルカリ土類金属水酸化物の水溶液が好ましく挙げられる。アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウムなどが、また、アルカリ土類金属の水酸化物としては、水酸化ベリリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウムなどが挙げられ、これらは単独でも複数でも用いることができる。これら無機アルカリ水溶液の中ではアルカリ金属水酸化物の水溶液が好ましく、その中でも水酸化カリウム水溶液や水酸化ナトリウム水溶液が更に好ましいが、水酸化ナトリウム水溶液が特に好ましい。
【００２６】
本発明では、塩基性水酸化物水溶液の水酸基濃度が５〜１６．５Ｎ（規定度）、更には８〜１４Ｎ、特に１０〜１４Ｎであることが好ましい。ここで、規定度Ｎは、水素イオンＨ^＋で中和可能な水酸イオンＯＨ⁻の数ｎと、モル濃度Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ）との積（Ｎ＝ｎ×Ｍ）で定義される。塩基性水酸化物水溶液の水酸基濃度が５Ｎ未満では、３−ヒドロキシメチルオキセタン化合物の転化率が充分ではなく、目的物の収率が低下する。一方、塩基性水酸化物水溶液の水酸基濃度が１６．５Ｎを越えると、塩基性水酸化物の析出により反応液が見掛け上ゲル状になって攪拌等の操作が困難となる。また、この析出を防ぐために反応温度を上げると、３−ヒドロキシメチルオキセタン化合物の開環物や重合物が増加して、目的物の選択率及び収率が低下する。
【００２７】
塩基性水酸化物水溶液の使用量は、硫酸ジアルキル１モルに対して０．７〜２０当量、更には１〜１０当量、特に１〜５当量であることが好ましい。ここで、当量数は、水素イオンＨ^＋で中和可能な水酸イオンＯＨ⁻の数ｎと、モル数との積で定義される。塩基性水酸化物の使用量が硫酸ジアルキル１モルに対して０．７当量より少ないときは、前記の開環物や重合物が多く生成して目的物の選択率及び収率が低下することになる。
【００２８】
本発明では、必要に応じて、四級アンモニウムハライド、クラウンエーテルなどの相間移動触媒を反応に用いてもよい。四級アンモニウムハライドとしては、例えば、テトラアルキルアンモニウムハライド（テトラブチルアンモニウムクロライド、テトラブチルアンモニウムブロマイド等）が挙げられ、クラウンエーテルとしては、例えば、１８−クラウン−６等が挙げられる。相間移動触媒の使用量は、３−ヒドロキシメチルオキセタン化合物に対して０．０００２〜０．０５倍モル程度であればよい。
【００２９】
また、本発明では、反応に関与しない有機溶媒を添加して反応を行なってもよい。この有機溶媒としては、例えば、脂肪族炭化水素類（ヘキサン、ヘプタン、オクタン等）や、脂環式炭化水素類（シクロヘキサン、シクロオクタン、シクロドデカン等）や、芳香族炭化水素類（ベンゼン、トルエン、キシレン等）や、エーテル類（ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン等）や、ハロゲン化炭化水素類（ジクロロメタン、クロロホルム、クロロベンゼン等）や、アミド類（Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、１−メチル−２−ピロリドン等）が挙げられる。有機溶媒の中では、脂肪族炭化水素類や芳香族炭化水素類が好ましく、更には、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類が最も好ましい。
【００３０】
本発明では、反応温度は０〜７０℃、更には０〜５０℃、特に５〜３０℃であることが好ましい。反応温度が７０℃を越えると前記の開環物や重合物が生成してくるため、目的物の収率低下が著しくなる。反応圧力は常圧であればよく、反応雰囲気は空気又は窒素雰囲気であればよい。また、反応時間は、通常０．１時間以上、更には０．５〜２４時間程度であればよい。
【００３１】
本発明の反応は、例えば、３−ヒドロキシメチルオキセタン化合物とアルカリ水溶液の混合溶液中に硫酸ジアルキルを攪拌下で添加して攪拌を継続することにより行なうことができる。このとき、硫酸ジアルキルは連続的に添加してもよく、数回に分割して間欠的に添加してもよい。その添加時間は、硫酸ジアルキル量により適宜調節されるが、反応温度を維持できる範囲、例えば、１５分〜１２時間、更には３０分〜６時間程度であればよい。
【００３２】
生成した３−アルコキシメチルオキセタン化合物は、分液操作で有機相を分離した後、蒸留、再結晶、又はカラムクロマトグラフィー等の一般的な方法によって精製することができる。分液操作では、必要に応じて抽出用の溶媒を加えて有機相を分離してもよい。分液操作後の蒸留は原料や生成物の沸点により条件が適宜調節されるが、例えば、３０〜４００ｍｍＨｇ（約４〜約５３ｋＰａ）の減圧下、液温４０〜１００℃で低沸分や抽出用溶媒を留去した後、０．１〜５０ｍｍＨｇ（約０．０１〜約７Ｐａ）の減圧下、液温４０〜３００℃（好ましくは５０〜２５０℃）で目的物を蒸留分離できる。
【００３３】
前記の抽出用溶媒としては、例えば、脂肪族炭化水素類（ヘキサン、ヘプタン、オクタン等）や、脂環式炭化水素類（シクロヘキサン、シクロオクタン、シクロドデカン等）や、芳香族炭化水素類（ベンゼン、トルエン、キシレン等）や、エーテル類（ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン等）や、ハロゲン化炭化水素類（ジクロロメタン、クロロホルム、クロロベンゼン等）や、酢酸エステル類（酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等）や、炭酸エステル類（炭酸ジメチル、炭酸ジエチル等）、ケトン類（２−ブタノン、４−メチル−２−ペンタノン、シクロヘキサノン等）が挙げられる。この中では、酢酸エステル類が好ましく、更には酢酸エチルが最も好ましい。
【００３４】
【実施例】
次に、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、生成物等はガスクロマトグラフィーにより分析し、選択率は消費された３−ヒドロキシメチルオキセタン化合物基準で、収率は仕込み３−ヒドロキシメチルオキセタン化合物基準で求めた。
【００３５】
実施例１
攪拌装置、滴下漏斗、温度計及び還流冷却器を備えた内容積５００ｍｌのガラス製四つ口フラスコに、窒素雰囲気下、３−エチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン（ＥＨＯ）４０．０ｇ（０．３４４ｍｏｌ）、３５重量％（１１．５Ｎ）水酸化ナトリウム水溶液９４．５ｇ（０．８２６ｍｏｌ；硫酸ジメチル１モルに対して１．２当量）を加え、攪拌しながら２０℃に保った。次いで、液温を２０℃に保ちながら、硫酸ジメチル８６．９ｇ（０．６９８ｍｏｌ；ＥＨＯに対して２．０倍モル）を滴下漏斗より９０分かけて添加し、そのまま２０℃で２時間攪拌した。反応終了後、酢酸エチル５０ｇで２回抽出して有機相の合計１３６ｇを分析したところ、３−エチル−３−メトキシメチルオキセタン４０．２ｇ（０．３０９ｍｏｌ；選択率９８．９％；収率８９．７％）が生成していた。
【００３６】
得られた有機相からは、最初の減圧蒸留（７０〜４００ｍｍＨｇ；液温７０℃）で低沸分と酢酸エチルを留去した後、次の減圧蒸留（８〜１０ｍｍＨｇ；液温８０〜１０５℃）で３−エチル−３−メトキシメチルオキセタン３５．５ｇ（０．２７２ｍｏｌ）を分離した。本品をガスクロマトグラフィーで分析したところ、純度は１００％であった。
【００３７】
実施例２
３５重量％（１１．５Ｎ）水酸化ナトリウム水溶液使用量を１５７ｇ（１．３８ｍｏｌ；硫酸ジメチル１モルに対して２．０当量）に変えたほかは、実施例１と同様に反応を行なった。その結果、３−エチル−３−メトキシメチルオキセタン４２．７ｇ（０．３２８ｍｏｌ；選択率９８．５％；収率９５．３％）が生成していた。
【００３８】
実施例３
３５重量％（１１．５Ｎ）水酸化ナトリウム水溶液の使用量を６３ｇ（０．５５１ｍｏｌ；硫酸ジメチル１モルに対して０．８当量）に変えたほかは、実施例１と同様に反応を行なった。その結果、３−エチル−３−メトキシメチルオキセタン３６．１ｇ（０．２７７ｍｏｌ；選択率９０．３％；収率８０．５％）が生成していた。
【００３９】
実施例４
水酸化ナトリウム水溶液を２０重量％（５．８Ｎ）水酸化ナトリウム水溶液１６５ｇ（０．８２６ｍｏｌ；硫酸ジメチル１モルに対して１．２当量）に変えたほかは、実施例１と同様に反応を行なった。その結果、３−エチル−３−メトキシメチルオキセタン３２．７ｇ（０．２５１ｍｏｌ；選択率９４．９％；収率７２．９％）が生成していた。
【００４０】
実施例５
水酸化ナトリウム水溶液を４４重量％（１５．７Ｎ）水酸化ナトリウム水溶液７５．１ｇ（０．８２６ｍｏｌ；硫酸ジメチル１モルに対して１．２当量）に変え、反応温度を４５℃に変えたほかは、実施例１と同様に反応を行なった。その結果、３−エチル−３−メトキシメチルオキセタン３９．０ｇ（０．３００ｍｏｌ；選択率９５．７％；収率８７．１％）が生成していた。
【００４１】
比較例１
水酸化ナトリウム水溶液を１５重量％（４．２Ｎ）水酸化ナトリウム水溶液２２０ｇ（０．８２６ｍｏｌ；硫酸ジメチル１モルに対して１．２当量）に変えたほかは、実施例１と同様に反応を行なった。その結果、３−エチル−３−メトキシメチルオキセタン２５．４ｇ（０．１９５ｍｏｌ；選択率９１．２％；収率５６．７％）が生成していた。
【００４２】
比較例２
水酸化ナトリウム水溶液を４８重量％（１７．８Ｎ）水酸化ナトリウム水溶液６８．９ｇ（０．８２６ｍｏｌ；硫酸ジメチル１モルに対して１．２当量）に変え、反応温度を５５℃に変えたほかは、実施例１と同様に反応を行なった。その結果、３−エチル−３−メトキシメチルオキセタン３０．５ｇ（０．２３５ｍｏｌ；選択率７０．５％；収率６８．１％）が生成していた。
【００４３】
実施例６
硫酸ジメチル使用量を５２．１ｇ（０．４１３ｍｏｌ；ＥＨＯに対して１．２倍モル）に変え、３５重量％（１１．５Ｎ）水酸化ナトリウム水溶液使用量を５６．７ｇ（０．４９６ｍｏｌ；硫酸ジメチル１モルに対して１．２当量）に変えたほかは、実施例１と同様に反応を行なった。その結果、３−エチル−３−メトキシメチルオキセタン３４．３ｇ（０．２６３ｍｏｌ；選択率９７．０％；収率７６．５％）が生成していた。
【００４４】
実施例７
硫酸ジメチル使用量を１０９ｇ（０．８６１ｍｏｌ；ＥＨＯに対して２．５倍モル）に変え、３５重量％（１１．５Ｎ）水酸化ナトリウム水溶液の使用量を１１８ｇ（１．０３ｍｏｌ；硫酸ジメチル１モルに対して１．２当量）に変えたほかは、実施例１と同様に反応を行なった。その結果、３−エチル−３−メトキシメチルオキセタン４１．６ｇ（０．３２０ｍｏｌ；選択率９７．８％；収率９２．９％）が生成していた。
【００４５】
実施例８
反応温度を５℃に変えたほかは、実施例１と同様に反応を行なった。その結果、３−エチル−３−メトキシメチルオキセタン３９．０ｇ（０．３００ｍｏｌ；選択率９６．２％；収率８７．１％）が生成していた。
【００４６】
実施例９
反応温度を６０℃に変えたほかは、実施例１と同様に反応を行なった。その結果、３−エチル−３−メトキシメチルオキセタン３４．９ｇ（０．２６８ｍｏｌ；選択率９２．３％；収率７７．８％）が生成していた。
【００４７】
実施例１０
水酸化ナトリウム水溶液を４８重量％（１２．８Ｎ）水酸化カリウム水溶液９７ｇ（０．８２６ｍｏｌ；硫酸ジメチル１モルに対して１．２当量）に変えたほかは、実施例１と同様に反応を行なった。その結果、３−エチル−３−メトキシメチルオキセタン４０．３ｇ（０．３１０ｍｏｌ；選択率９５．７％；収率９０．０％）が生成していた。
【００４８】
【表１】

【００４９】
【発明の効果】
本発明により、目的物の選択率及び収率を低下させることなく、更に反応液のゲル化も起すことなく、３−アルコキシメチルオキセタン化合物を製造できる。即ち、本発明により、３−ヒドロキシメチルオキセタン化合物と硫酸ジアルキルから、３−アルコキシメチルオキセタン化合物を９０％以上（特に９５％以上）の高選択率及び７０％以上（特に８５％以上）の高収率で安定して製造できる、工業的に有利な３−アルコキシメチルオキセタン化合物の製造法を提供することができる。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a 3-alkoxymethyloxetane compound by reacting a 3-hydroxymethyloxetane compound with a dialkyl sulfate. The 3-alkoxymethyloxetane compound is a compound useful as a raw material for a functional polymer or an adhesive.
[0002]
[Prior art]
As a method for producing a 3-alkoxymethyloxetane compound from a 3-hydroxymethyloxetane compound, a method of reacting a 3-hydroxymethyloxetane compound with a dialkyl sulfate is known. For example, in Non-Patent Document 1, 3-ethyl-3-hydroxymethyloxetane is reacted with dimethyl sulfate to synthesize 3-ethyl-3-methoxymethyloxetane, but the reaction conditions and yield are unknown. . According to the investigations of the present inventors, this method generates a ring-opened product or a polymer of an oxetane compound even when a normal etherification method using dimethyl sulfate is applied, and further, gelation of a reaction solution. The selectivity of the target product (based on the 3-hydroxymethyloxetane compound consumed in the reaction) and the yield (based on the charged 3-hydroxymethyloxetane compound) are low because of the occurrence of It was difficult to produce it stably.
[0003]
[Non-patent document 1]
Justus Liebigs Annalen Der Chemie, 365 (1973)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides an industrially advantageous 3-alkoxymethyloxetane compound which can stably produce a 3-alkoxymethyloxetane compound from a 3-hydroxymethyloxetane compound and a dialkyl sulfate at a high selectivity and a high yield. It is an object to provide a manufacturing method.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, surprisingly, by using a high-concentration basic hydroxide aqueous solution as an alkali, the selectivity and yield of the target product were improved, and the reaction liquid It has been found that a 3-alkoxymethyloxetane compound can be produced without causing gelation of the compound, and the present invention has been completed.
That is, an object of the present invention is to react a 3-hydroxymethyloxetane compound with a dialkyl sulfate in the presence of a basic hydroxide aqueous solution having a hydroxyl group concentration of 5 to 16.5 normal. The problem is solved by a method for producing an oxetane compound.
[0006]
Preferred embodiments of the present invention include the following.
(1) The method for producing a 3-alkoxymethyloxetane compound as described above, wherein the basic hydroxide aqueous solution is an alkali metal hydroxide aqueous solution.
(2) The method for producing any of the above 3-alkoxymethyloxetane compounds, wherein the dialkyl sulfate is at least equimolar to the 3-hydroxymethyloxetane compound.
(3) The method for producing any of the above 3-alkoxymethyloxetane compounds, wherein the basic hydroxide aqueous solution is used in an amount of 0.7 to 20 equivalents relative to 1 mol of dialkyl sulfate.
In addition, the 3-hydroxymethyloxetane compound, the dialkyl sulfate, and the 3-alkoxymethyloxetane compound are represented by the following general formulas (1), (2), and (3), respectively.
[0007]
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[0008]
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[0009]
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[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The 3-hydroxymethyloxetane compound used in the present invention is represented by the general formula (1), wherein R ¹ , R ² , R ³ , R ⁴ , and R ⁵ are groups not participating in the reaction, and They may be the same or different. Specific examples include a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an aralkyl group, an aryl group, an alkoxy group, an aryloxy group, and an acyl group. Further, ^{R 1} and ^R 2, ^{R 1} and ^R 3, ^{R 1} and ^R 4, ^{R 1} and ^R 5, ^{R 2} and ^R 4, ^{R 2} and ^R 4, ^{R 3} and ^{R 4,} or, ^{R 3} and R ⁵ may combine with each other to form a ring. Further, R ¹ and R ² and R ³ and R ⁴ may simultaneously form a ring, and R ² and R ³ or R ⁴ and R ⁵ may form a carbonyl group.
[0011]
The alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 12 (particularly 1 to 6) carbon atoms, such as methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, and nonyl. Group, decyl group, undecyl group, dodecyl group and the like. These alkyl groups include various isomers.
[0012]
As the cycloalkyl group, a cycloalkyl group having 3 to 6 (particularly 4 to 6) carbon atoms is preferable, and examples thereof include a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, and a cyclohexyl group. These cycloalkyl groups include various isomers.
[0013]
The aralkyl group is preferably an aralkyl group having 7 to 16 carbon atoms (particularly, 7 to 10; all of which include the carbon number of a further substituent), for example, a benzyl group, a phenethyl group, a phenylpropyl group, and a phenylbutyl group. And the like. These aralkyl groups include various isomers.
[0014]
The aryl group is preferably an aryl group having 6 to 20 carbon atoms (particularly, 6 to 10; each including a carbon number of a further substituent), for example, a phenyl group, a tolyl group, a naphthyl group, and an anthranyl group. No. These aryl groups include various isomers.
[0015]
As the alkoxy group, an alkoxy group having 1 to 12 (particularly 1 to 6) carbon atoms is preferable, and examples thereof include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a butoxy group, and a benzyloxy group. These alkoxy groups include various isomers.
[0016]
As the aryloxy group, an aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms (particularly, 6 to 14; each including a carbon number of a further substituent) is preferable, and examples thereof include a phenoxy group, a tolyloxy group, and a naphthyloxy group. No. These aryloxy groups include various isomers.
[0017]
As the acyl group, an acyl group having 1 to 7 (particularly 1 to 4) carbon atoms is preferable, and examples thereof include an acetyl group, a propionyl group, a butyryl group, a valeryl group, and a benzoyl group. These acyl groups include various isomers.
[0018]
Note that R ^{1 to} R ⁵ (an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, an alkoxy group, an aryloxy group, or an acyl group) and the ring formed therefrom further have a substituent that does not participate in the reaction. And may contain a double bond or a hetero atom (oxygen atom, nitrogen atom, etc.). Further substituents include an alkyl group (eg, methyl group, ethyl group, propyl group), an alkoxy group (eg, methoxy group, ethoxy group, propoxy group), an aryl group (eg, phenyl group, tolyl group), and an acyl group (eg, acetyl group). Group, propionyl group, butyryl group, etc.), halogen atom (fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom), nitro group, cyano group and the like. These substituents include various isomers.
[0019]
Examples of the 3-hydroxymethyloxetane compound include 3-alkyl-3-hydroxymethyloxetane (such as 3-methyl-3-hydroxymethyloxetane and 3-ethyl-3-hydroxymethyloxetane) and 3-cycloalkyl-3 -Hydroxymethyloxetane (such as 3-cyclobutyl-3-hydroxymethyloxetane, 3-cyclohexyl-3-hydroxymethyloxetane), 3-aryl-3-hydroxymethyloxetane (such as 3-phenyl-3-hydroxymethyloxetane), ,
[0020]
3-alkoxymethyl-3-hydroxymethyloxetane (such as 3-ethoxymethyl-3-hydroxymethyloxetane, 3-butoxymethyl-3-hydroxymethyloxetane) and 3-haloalkyl-3-hydroxymethyloxetane (3-fluoromethyl -3-hydroxymethyloxetane, 3-chloromethyl-3-hydroxymethyloxetane), 3-hydroxymethyl-3-oxetanealkylnitrile (such as 3-hydroxymethyl-3-oxetaneacetonitrile),
[0021]
3-aryloxy-3-hydroxymethyloxetane (such as 3-[(p-chlorophenoxy) methyl] -3-hydroxymethyloxetane, 3-[(p-tolyloxy) methyl] -3-hydroxymethyloxetane) and 3 -Alkyl-3-hydroxymethyl-2-oxetanone (eg, 3-methyl-3-hydroxymethyl-2-oxetanone) and the like.
[0022]
Among the 3-hydroxymethyloxetane compounds, 3-alkyl-3-hydroxymethyloxetane is preferable, and among them, 3-methyl-3-hydroxymethyloxetane and 3-ethyl-3-hydroxymethyloxetane are particularly preferable.
[0023]
The dialkyl sulfate used in the present invention is represented by the general formula (2), wherein R ⁶ is an alkyl group having 1 to 10 (preferably 1 to 6) carbon atoms. This alkyl group includes various isomers. Specific examples of the dialkyl sulfate include dimethyl sulfate, diethyl sulfate, dipropyl sulfate (and its isomer), and dibutyl sulfate (and its isomer). Among them, dimethyl sulfate is particularly preferable.
[0024]
The amount of the dialkyl sulfate to be used is preferably at least equimolar, more preferably 1 to 10 times, particularly preferably 1 to 5 times, the mol of the 3-hydroxymethyloxetane compound. If the amount of the dialkyl sulfate used is less than equimolar to the 3-hydroxymethyloxetane compound, the conversion of the 3-hydroxymethyloxetane compound is not sufficient, and the 3-alkoxymethyloxetane compound represented by the general formula (3) is not used. Is reduced.
[0025]
Preferred examples of the basic hydroxide aqueous solution used in the present invention include an aqueous solution of an alkali metal hydroxide and an aqueous solution of an alkaline earth metal hydroxide. Alkali metal hydroxides include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and cesium hydroxide. Alkaline earth metal hydroxides include beryllium hydroxide, magnesium hydroxide, and hydroxides. Calcium, strontium hydroxide and the like can be mentioned, and these can be used alone or in combination. Among these inorganic alkali aqueous solutions, an aqueous solution of an alkali metal hydroxide is preferable. Among them, an aqueous solution of potassium hydroxide and an aqueous solution of sodium hydroxide are more preferable, and an aqueous solution of sodium hydroxide is particularly preferable.
[0026]
In the present invention, the hydroxyl group concentration of the basic hydroxide aqueous solution is preferably 5 to 16.5 N (normality), more preferably 8 to 14 N, particularly preferably 10 to 14 N. Here, the normality N is defined as the product (N = n × M) of the number n of the hydroxyl ions OH ^{− that} can be neutralized by the hydrogen ions H ⁺ and the molar concentration M (mol / L). If the hydroxyl group concentration of the basic hydroxide aqueous solution is less than 5N, the conversion of the 3-hydroxymethyloxetane compound is not sufficient, and the yield of the target product is reduced. On the other hand, when the hydroxyl group concentration of the basic hydroxide aqueous solution exceeds 16.5 N, the reaction solution becomes apparently gel-like due to precipitation of the basic hydroxide, and operations such as stirring become difficult. When the reaction temperature is raised to prevent this precipitation, the number of ring-opened products and polymers of the 3-hydroxymethyloxetane compound increases, and the selectivity and yield of the target product decrease.
[0027]
The amount of the basic hydroxide aqueous solution to be used is preferably 0.7 to 20 equivalents, more preferably 1 to 10 equivalents, particularly preferably 1 to 5 equivalents, per 1 mol of dialkyl sulfate. Here, the equivalent number is defined by the product of the number n of the hydroxyl ions OH ^{− that} can be neutralized by the hydrogen ions H ⁺ and the number of moles. When the amount of the basic hydroxide used is less than 0.7 equivalent relative to 1 mol of dialkyl sulfate, a large amount of the above-mentioned ring-opened product or polymer is formed, and the selectivity and yield of the target product are reduced. become.
[0028]
In the present invention, a phase transfer catalyst such as a quaternary ammonium halide or a crown ether may be used for the reaction, if necessary. Examples of the quaternary ammonium halide include tetraalkylammonium halides (such as tetrabutylammonium chloride and tetrabutylammonium bromide), and examples of the crown ether include 18-crown-6. The amount of the phase transfer catalyst used may be about 0.0002 to 0.05 times the molar amount of the 3-hydroxymethyloxetane compound.
[0029]
In the present invention, the reaction may be carried out by adding an organic solvent which does not participate in the reaction. Examples of the organic solvent include aliphatic hydrocarbons (hexane, heptane, octane, etc.), alicyclic hydrocarbons (cyclohexane, cyclooctane, cyclododecane, etc.), and aromatic hydrocarbons (benzene, toluene, etc.). , Xylene, etc.), ethers (diethyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran, etc.), halogenated hydrocarbons (dichloromethane, chloroform, chlorobenzene, etc.), and amides (N, N-dimethylformamide, 1-methyl-2) -Pyrrolidone). Among the organic solvents, aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons are preferable, and aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene are most preferable.
[0030]
In the present invention, the reaction temperature is preferably from 0 to 70C, more preferably from 0 to 50C, particularly preferably from 5 to 30C. When the reaction temperature exceeds 70 ° C., the above-mentioned ring-opened product and polymer are generated, and the yield of the target product is significantly reduced. The reaction pressure may be normal pressure, and the reaction atmosphere may be air or nitrogen atmosphere. The reaction time may be generally 0.1 hour or more, and more preferably about 0.5 to 24 hours.
[0031]
The reaction of the present invention can be carried out, for example, by adding dialkyl sulfate to a mixed solution of a 3-hydroxymethyloxetane compound and an aqueous alkali solution under stirring and continuing stirring. At this time, the dialkyl sulfate may be added continuously, or may be added intermittently in several portions. The addition time is appropriately adjusted depending on the amount of dialkyl sulfate, but may be in a range where the reaction temperature can be maintained, for example, about 15 minutes to 12 hours, and more preferably about 30 minutes to 6 hours.
[0032]
The resulting 3-alkoxymethyloxetane compound can be purified by a general method such as distillation, recrystallization, or column chromatography after separating an organic phase by a liquid separation operation. In the liquid separating operation, an organic solvent may be separated by adding a solvent for extraction as necessary. The distillation conditions after the separation operation are appropriately adjusted depending on the boiling points of the raw materials and the products. For example, under low pressure of 30 to 400 mmHg (about 4 to about 53 kPa), low boiling point and extraction at a liquid temperature of 40 to 100 ° C. After distilling off the solvent for use, the desired product can be separated by distillation at a liquid temperature of 40 to 300 ° C (preferably 50 to 250 ° C) under a reduced pressure of 0.1 to 50 mmHg (about 0.01 to about 7 Pa).
[0033]
Examples of the extraction solvent include aliphatic hydrocarbons (hexane, heptane, octane, etc.), alicyclic hydrocarbons (cyclohexane, cyclooctane, cyclododecane, etc.), and aromatic hydrocarbons (benzene, etc.). , Toluene, xylene, etc.), ethers (diethyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran, etc.), halogenated hydrocarbons (dichloromethane, chloroform, chlorobenzene, etc.), and acetates (methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, etc.) ), Carbonates (such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate), and ketones (such as 2-butanone, 4-methyl-2-pentanone, and cyclohexanone). Of these, acetates are preferred, and ethyl acetate is most preferred.
[0034]
【Example】
Next, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples. The products were analyzed by gas chromatography, and the selectivity was determined based on the consumed 3-hydroxymethyloxetane compound, and the yield was determined based on the charged 3-hydroxymethyloxetane compound.
[0035]
Example 1
Under a nitrogen atmosphere, 40.0 g (0.344 mol) of 3-ethyl-3-hydroxymethyloxetane (EHO) was placed in a 500 ml glass four-necked flask equipped with a stirrer, a dropping funnel, a thermometer and a reflux condenser under a nitrogen atmosphere. ) And 94.5 g (0.826 mol; 1.2 equivalents to 1 mol of dimethyl sulfate) of a 35% by weight (11.5N) aqueous sodium hydroxide solution were added, and the mixture was maintained at 20 ° C with stirring. Next, 86.9 g (0.698 mol; 2.0 times mol of EHO) of dimethyl sulfate was added over 90 minutes from the dropping funnel while maintaining the liquid temperature at 20 ° C., and the mixture was stirred at 20 ° C. for 2 hours. . After the reaction was completed, the mixture was extracted twice with 50 g of ethyl acetate, and a total of 136 g of the organic phase was analyzed. As a result, 40.2 g of 3-ethyl-3-methoxymethyloxetane (0.309 mol; selectivity 98.9%; yield 89) was obtained. .7%).
[0036]
From the obtained organic phase, low-boiling components and ethyl acetate were distilled off by first vacuum distillation (70 to 400 mmHg; liquid temperature 70 ° C), and then the next vacuum distillation (8 to 10 mmHg; liquid temperature 80 to 105 ° C). ) To separate 35.5 g (0.272 mol) of 3-ethyl-3-methoxymethyloxetane. The product was analyzed by gas chromatography to find that the purity was 100%.
[0037]
Example 2
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that the amount of the 35% by weight (11.5N) aqueous sodium hydroxide solution was changed to 157 g (1.38 mol; 2.0 equivalents per 1 mol of dimethyl sulfate). As a result, 42.7 g (0.328 mol; selectivity 98.5%; yield 95.3%) of 3-ethyl-3-methoxymethyloxetane was produced.
[0038]
Example 3
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the amount of the 35% by weight (11.5N) aqueous sodium hydroxide solution was changed to 63 g (0.551 mol; 0.8 equivalent to 1 mol of dimethyl sulfate). . As a result, 36.1 g (0.277 mol; selectivity 90.3%; yield 80.5%) of 3-ethyl-3-methoxymethyloxetane was produced.
[0039]
Example 4
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the aqueous solution of sodium hydroxide was changed to 165 g (0.826 mol; 1.2 equivalents per 1 mol of dimethyl sulfate) of a 20% by weight (5.8 N) aqueous solution of sodium hydroxide. Was. As a result, 32.7 g (0.251 mol; selectivity 94.9%; yield 72.9%) of 3-ethyl-3-methoxymethyloxetane was produced.
[0040]
Example 5
Aside from changing the aqueous sodium hydroxide solution to 75.1 g (0.826 mol; 1.2 equivalents to 1 mol of dimethyl sulfate) of a 44% by weight (15.7N) aqueous sodium hydroxide solution, and changing the reaction temperature to 45 ° C. The reaction was carried out in the same manner as in Example 1. As a result, 39.0 g (0.300 mol; selectivity 95.7%; yield 87.1%) of 3-ethyl-3-methoxymethyloxetane was produced.
[0041]
Comparative Example 1
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that the aqueous sodium hydroxide solution was changed to 220 g (0.826 mol; 1.2 equivalents per 1 mol of dimethyl sulfate) of a 15% by weight (4.2N) aqueous sodium hydroxide solution. Was. As a result, 25.4 g (0.195 mol; selectivity 91.2%; yield 56.7%) of 3-ethyl-3-methoxymethyloxetane was produced.
[0042]
Comparative Example 2
Except that the aqueous sodium hydroxide solution was changed to 68.9 g (0.826 mol; 1.2 equivalents per 1 mol of dimethyl sulfate) of a 48% by weight (17.8N) aqueous sodium hydroxide solution, and the reaction temperature was changed to 55 ° C. The reaction was carried out in the same manner as in Example 1. As a result, 30.5 g (0.235 mol; selectivity 70.5%; yield 68.1%) of 3-ethyl-3-methoxymethyloxetane was produced.
[0043]
Example 6
The amount of dimethyl sulfate used was changed to 52.1 g (0.413 mol; 1.2 times mol with respect to EHO), and the amount of 35 wt% (11.5 N) aqueous sodium hydroxide used was changed to 56.7 g (0.496 mol; sulfuric acid). The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the amount was changed to 1.2 equivalents relative to 1 mol of dimethyl). As a result, 34.3 g (0.263 mol; selectivity 97.0%; yield 76.5%) of 3-ethyl-3-methoxymethyloxetane was produced.
[0044]
Example 7
The amount of dimethyl sulfate used was changed to 109 g (0.861 mol; 2.5 times the mol of EHO), and the amount of 35 wt% (11.5N) aqueous sodium hydroxide solution was changed to 118 g (1.03 mol; 1 mol of dimethyl sulfate). The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the amount was changed to 1.2 equivalents. As a result, 41.6 g (0.320 mol; selectivity 97.8%; yield 92.9%) of 3-ethyl-3-methoxymethyloxetane was produced.
[0045]
Example 8
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the reaction temperature was changed to 5 ° C. As a result, 39.0 g (0.300 mol; selectivity 96.2%; yield 87.1%) of 3-ethyl-3-methoxymethyloxetane was produced.
[0046]
Example 9
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the reaction temperature was changed to 60 ° C. As a result, 34.9 g (0.268 mol; selectivity 92.3%; yield 77.8%) of 3-ethyl-3-methoxymethyloxetane was produced.
[0047]
Example 10
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that the aqueous solution of sodium hydroxide was changed to 97 g (0.826 mol; 1.2 equivalents per mol of dimethyl sulfate) of a 48% by weight (12.8N) aqueous potassium hydroxide solution. Was. As a result, 40.3 g (0.310 mol; selectivity 95.7%; yield 90.0%) of 3-ethyl-3-methoxymethyloxetane was produced.
[0048]
[Table 1]

[0049]
【The invention's effect】
According to the present invention, a 3-alkoxymethyloxetane compound can be produced without lowering the selectivity and yield of the target product and without causing gelation of the reaction solution. That is, according to the present invention, a high selectivity of 90% or more (particularly 95% or more) and a high yield of 70% or more (particularly 85% or more) of a 3-alkoxymethyloxetane compound from a 3-hydroxymethyloxetane compound and dialkyl sulfate are obtained. It is possible to provide an industrially advantageous method for producing a 3-alkoxymethyloxetane compound which can be produced stably at a low rate.

Claims (4)

A method for producing a 3-alkoxymethyloxetane compound, comprising reacting a 3-hydroxymethyloxetane compound with a dialkyl sulfate in the presence of a basic hydroxide aqueous solution having a hydroxyl group concentration of 5 to 16.5 normal. The method for producing a 3-alkoxymethyloxetane compound according to claim 1, wherein the basic hydroxide aqueous solution is an alkali metal hydroxide aqueous solution. The method for producing a 3-alkoxymethyloxetane compound according to claim 1 or 2, wherein the dialkyl sulfate is used at least in an equimolar amount to the 3-hydroxymethyloxetane compound. The method for producing a 3-alkoxymethyloxetane compound according to claim 1, wherein the basic hydroxide aqueous solution is used in an amount of 0.7 to 20 equivalents relative to 1 mol of dialkyl sulfate.